JP7234816B2 - 測距装置 - Google Patents

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Description

本開示は、偏向ミラーを備えた測距装置に関する。
送信波を照射し、照射した送信波の物体からの反射波を検出して、その物体までの距離を検出する測距装置がある。当該測距装置は筐体を有し、筐体の内部から外部に出射される送信波、及び筐体の外部から内部に入射される反射波を通過させる筐体の部位に、送信波及び反射波を透過する透過窓が設けられる。
また、当該測距装置には、送信波を偏向走査するために、回転駆動される偏向ミラーが用いられており、送信部から出力された送信波は、偏向ミラーで反射され、透過窓を介して、偏向ミラーの回転角度に応じた方向に出射される。当該送信波の物体からの反射波は、透過窓を通過し、偏向ミラーで反射され、受信部で検出される。
特許文献1には、光を偏向走査するライダ装置において、偏向ミラーを送信部側の領域と受信部側の領域とに分離する技術が記載されている。当該ライダ装置では、送信ビーム及び反射ビームの偏向を同じ偏向ミラーを用いて行うため、偏向ミラーの反射面上に設置される分離壁を設けることで、送信部側と受信部側との間の光学短絡を抑制している。
特表2018-500603号公報
しかしながら、発明者の詳細な検討の結果、以下の課題が見出された。
偏向ミラーで反射された送信波は、透過窓を通過する際に、その一部が透過窓で反射されて戻り波となり、筐体外に出射されずに偏向ミラーへと戻ってくる場合がある。
偏向ミラーの構成として、例えば、送信波及び反射波を透過する部材をベースとし、反射面には送信波及び反射波を反射する膜を有するが、側面には当該膜を有さない構成が考えられる。このような構成の場合、戻り波が偏向ミラーの側面に入射すると、戻り波は側面から偏向ミラーの内部へと入り込む。
特許文献1のように、送信波及び反射波の偏向を同じ偏向ミラーを用いて行う場合、偏向ミラーの送信部側に位置する部位における側面から内部に入り込んだ戻り波は、偏向ミラーの内部を通って受信部側に位置する部位における側面から出ることにより、受信部で検出されてしまう。このように、分離壁によって偏向ミラーを送信部側に位置する部位と受信部側に位置する部位とに分離しても、偏向ミラーの側面から入射される戻り波により、実際には存在しないにもかかわらず検出される物体であるゴーストが発生する場合がある。
本開示の一局面は、戻り波を原因とするゴーストの発生を低減することを目的としている。
本開示の一態様は、測距装置であって、送信部(10)と、受信部(30)と、ミラーモジュール(21)と、仕切板(22,23)と、筐体(100)と、透過窓(200)と、を備える。送信部は、送信波を出力するように構成される。受信部は、送信波が照射された物体からの反射波を検出するように構成される。ミラーモジュールは、反射面の回転角度に応じた方向に送信波及び反射波を偏向する一対の偏向ミラー(211,212)と、一対の偏向ミラーの間に挟まれて一対の偏向ミラーを支持するミラー支持体(213)と、を有し、モータ(24)の駆動に従って回転するように構成される。仕切板は、一対の偏向ミラーを送信部側に位置する部位である送信偏向部(20a)と受信部側に位置する部位である受信偏向部(20b)との2つの部位に仕切るように設置される板状の部材であって、ミラーモジュールと一体的に回転するように構成される。筐体は、送信部、受信部、ミラーモジュール及び仕切板を収容する。透過窓は、筐体の開口部に設けられ、送信波及び反射波を透過可能である。一対の偏向ミラーのそれぞれは、送信偏向部における回転軸を挟む両側の側面のうち反射面が送信部に向いている状態で透過窓に近い方の側面、及び、受信偏向部における回転軸を挟む両側の側面のうち反射面が受信部に向いている状態で透過窓から遠い方の側面、のうち少なくとも一方に、送信波を透過しにくくなる遮蔽部(214a,214b)を備える。
このような構成によれば、戻り波を原因とするゴーストの発生を低減できる。
ライダ装置の外観を示す斜視図である。 ライダ装置の分解斜視図である。 ライダ装置の筐体内に収容される光検出モジュールの構成を示す斜視図である。 ミラーモジュールを側面から見た図である。 ミラーモジュールを反射面から見た図である。 戻り光が投光偏向部の反射面に入射した場合の光路を示す模式図である。 戻り光が投光偏向部の側面に入射した場合の光路を示す模式図である。
以下、本開示の例示的な実施形態について図面を参照しながら説明する。
[1.構成]
図1に示すライダ装置1は、光を出射し、その反射光を受光することによって物体との距離を測定する測距装置である。ライダ装置1は、車両に搭載して使用され、車両の前方に存在する様々な物体の検出に用いられる。ライダは、LIDARとも表記される。LIDARは、Light Detection and Rangingの略語である。
ライダ装置1は、図1に示すように、筐体100と、光学窓200と、を備える。筐体100は、1面が開口された直方体状に形成された樹脂製の箱体である。
以下、筐体100の略長方形を有した開口部の長手方向に沿った方向をX軸方向、開口部の短手方向に沿った方向をY軸方向、X-Y平面に直交する方向をZ軸方向とする。なお、X-Z平面が水平となるようにライダ装置1を車両に設置した状態で筐体100の開口部側から見て、X軸方向における左右及びY軸方向における上下を定義する。また、Z軸方向における前後は、筐体100の開口部側を前、奥行き側を後と定義する。
図2に示すように、筐体100の内部には、光検出モジュール2が収容される。光検出モジュール2は、投光部10と、スキャン部20と、受光部30と、を備える。
以下、光検出モジュール2の構成について詳細に説明する。
[2.スキャン部]
図3に示すように、スキャン部20は、ミラーモジュール21と、一対の仕切板22,23と、モータ24と、を備える。ミラーモジュール21はモータ24上に立設され、ミラーモジュール21及びミラーモジュール21に固定される一対の仕切板22,23は、図4及び図5において一点鎖線で示す回転軸を中心として、モータ24の駆動に従って回転運動をする。
ミラーモジュール21は、一対の偏向ミラー211,212と、ミラー支持体213と、を備える。
一対の偏向ミラー211,212は、いずれも、光を反射する反射面を有する平板状の部材である。
ミラー支持体213は、円板部213aと、被設置部213bと、を備える。円板部213aは、円形かつ板状の部位であり、その円の中心がモータ24の回転軸に固定される。被設置部213bは、両面に一対の偏向ミラー211,212が設置される板状の部位であり、円板部213aの円形面上に立設される。被設置部213bにおける一対の偏向ミラー211,212の設置面の形状は、一対の偏向ミラー211,212の形状に対応する。
なお、一対の偏向ミラー211,212は、長手方向の幅が異なる二つの長方形を一体化した形状を有する。具体的には、第1の長方形と、第1の長方形よりも長手方向の幅が長い第2の長方形とを、それぞれの長方形の短手方向に沿った中心軸を合わせて、その中心軸に沿って並べて一体化した形状を有する。以下、一対の偏向ミラー211,212において、第1の長方形に相当する部位を幅狭部、第2の長方形に相当する部位を幅広部という。
被設置部213bを介して一体化された一対の偏向ミラー211,212は、幅広部を下にして、一体化された状態での中心軸の位置が円板部213aの円の中心と一致するようにして円板部213aに立設される。これにより、ミラーモジュール21は、モータ24の回転軸を中心とする回転運動をする。
一対の仕切板22,23は、一対の偏向ミラー211,212の幅広部の長手方向の幅と同じ直径を有する円形かつ板状の部材を、半円状の2つの部位に分割したものである。一対の仕切板22,23は、一対の偏向ミラー211,212の幅狭部を両側から挟み込んだ状態、かつ、一対の偏向ミラー211,212の幅広部と幅狭部との段差部分に当接した状態で、ミラーモジュール21に固定される。
以下、一対の偏向ミラー211,212のうち、一対の仕切板22,23よりも上側の部位、すなわち、幅狭部側の部位を投光偏向部20a、一対の仕切板22,23よりも下側の部位、すなわち、幅広部側の部位を受光偏向部20bという。
[3.偏向ミラー]
偏向ミラー211,212は、光を透過する部材で構成されたミラー基板をベースとし、反射面に光を反射する物質を蒸着することにより反射膜が形成されたものである。偏向ミラー211,212の反射面は反射膜を有するため光を反射するが、側面は反射膜を有さないため光が透過する。
[3-1.遮蔽部]
図4において斜線部分で示すように、偏向ミラー211,212の一部の側面には、光を透過しにくい部分である遮蔽部214a,214bが形成される。遮蔽部214a,214bは、例えば、ミラー基板の表面に黒色のインクを印刷することで構成される。
遮蔽部214a,214bが形成される位置について図6及び図7を用いて説明する。図6及び図7は、筐体100の内部において光検出モジュール2が収容される空間をY軸方向における上側から見た模式図である。なお、図6及び図7では、当該空間のうちY軸方向における上側の空間に位置する投光部10及び投光偏向部20aが図示されており、下側の空間に位置する受光部30及び受光偏向部20bは図示されない。図6及び図7では、偏向ミラー211の反射面が投光部10及び受光部30が位置する方向に向いている状態である。
遮蔽部214aは、偏向ミラー211,212のそれぞれにおいて、投光偏向部20aにおける回転軸を挟む両側の側面のうち反射面が投光部10に向いている状態で光学窓200に近い方の側面に形成される。図6及び図7において、偏向ミラー211,212のそれぞれにおける遮蔽部214aは、投光偏向部20aの側面における斜線部分で示される。
遮蔽部214bは、偏向ミラー211,212のそれぞれにおいて、受光偏向部20bにおける回転軸を挟む両側の側面のうち反射面が受光部30に向いている状態で光学窓200から遠い方の側面に形成される。図6及び図7では図示されないが、偏向ミラー211,212のそれぞれにおける遮蔽部214bは、遮蔽部214aがある側面と反対側の受光偏向部20bの側面に位置する。
[3-2.低反射部]
図5において斜線部分で示すように、偏向ミラー211,212の反射面の一部には、光を反射しにくい部分である低反射部215が形成される。低反射部215は、例えば、遮蔽部214a,214bと同一の黒色のインクを反射膜上に印刷することで構成される。
低反射部215が形成される位置について図6及び図7を用いて説明する。低反射部215は、偏向ミラー211,212のそれぞれにおいて、反射面が投光部10に向いている状態で光学窓200側となる投光偏向部20aにおける反射面の端部に形成される。図6及び図7において、偏向ミラー211,212のそれぞれにおける低反射部215は、投光偏向部20aの反射面における斜線部分で示される。すなわち、低反射部215は、投光偏向部20aにおいて遮蔽部214aがある側面と同じ側の端部に位置する。遮蔽部214a,214b及び低反射部215が同一の黒色のインクを用いて形成される場合、遮蔽部214a及び低反射部215は連続的に形成される。
[4.投光部]
図3に示すように、投光部10は、一対の発光モジュール11,12を備える。投光部10は、投光折返ミラー15を備えてもよい。
発光モジュール11は、光源111と、発光レンズ112と、を備え、両者は対向して配置される。光源111には、半導体レーザが用いられる。発光レンズ112は、光源111から発せられる光のビーム幅を絞るレンズである。同様に、発光モジュール12は、光源121と、発光レンズ122と、を有する。発光モジュール12は発光モジュール11と同様であるため、説明を省略する。
投光折返ミラー15は、光の進行方向を変化させるミラーである。
発光モジュール11は、当該発光モジュール11から出力される光が、直接、投光偏向部20aに入射されるように配置される。
発光モジュール12は、当該発光モジュール12から出力される光が、投光折返ミラー15にて略90°進行方向が曲げられて、投光偏向部20aに入射されるように配置される。
ここでは、発光モジュール11は、X軸方向の左から右に向けて光を出力するように配置され、発光モジュール12は、Z軸方向の後から前に向けて光を出力するように配置される。また、投光折返ミラー15は、発光モジュール11から投光偏向部20aに向かう光の経路を遮ることがないように配置される。
[5.受光部]
受光部30は、受光素子31を備える。受光部30は、受光レンズ32と、受光折返ミラー33と、を備えてもよい。
受光素子31は、複数のAPDを1列に配置したAPDアレイを有する。APDは、アバランシェフォトダイオードである。
受光レンズ32は、受光偏向部20bから到来する光を絞るレンズである。
受光折返ミラー33は、受光レンズ32のX軸方向における左側に配置され、光の進行方向を変化させるミラーである。受光素子31は、受光折返ミラー33の下部に配置される。
受光折返ミラー33は、受光偏向部20bから、受光レンズ32を介して入射する光が受光素子31に到達するように、光の経路を下方に略90°屈曲させるように配置される。
受光レンズ32は、受光偏向部20bと受光折返ミラー33との間に配置される。受光レンズ32は、受光素子31に入射する光ビームのビーム径が、APDの素子幅程度となるように絞る。
[6.光検出モジュールの動作]
発光モジュール11から出力された送信光は、投光偏向部20aに入射される。また、発光モジュール12から出力された送信光は、投光折返ミラー15で進行方向が略90°曲げられて投光偏向部20aに入射される。投光偏向部20aに入射された送信光は、光学窓200を介して、ミラーモジュール21の回転角度に応じた方向に向けて出射される。ミラーモジュール21を介して送信光が照射される範囲が走査範囲である。例えば、Z軸に沿った前方向を0度としてX軸方向に沿って広がる±60°の範囲を走査範囲とできる。走査範囲内に出射された送信光を、図6及び図7においてBで示す。
ミラーモジュール21の回転位置に応じた所定方向、すなわち、投光偏向部20aからの送信光の出射方向に位置する被検物からの反射光は、光学窓200を透過し、受光偏向部20bで反射し、受光レンズ32及び受光折返ミラー33を介して受光素子31で受光される。
[7.戻り光の光路に対する遮蔽部及び低反射部の位置]
本実施形態のライダ装置1のように、光学窓200を備え、回転駆動される偏向ミラー211,212を用いて光を走査する構成では、図6及び図7に示すように、投光偏向部20aで反射された送信光が光学窓200を通過する際に、送信光の一部が光学窓200で更に反射されて戻り光RLとなり、筐体100外に出射されずに投光偏向部20aへと戻ってくる場合がある。なお、偏向ミラー211の投光偏向部20aで反射されて出射される送信光の本来の光路Bを実線で、戻り光RLの光路を破線で示す。図7においては、発生する戻り光RLのうち偏向ミラー211の投光偏向部20aにおける光学窓200側の側面に入射する戻り光RLのみを破線で示しており、光学窓200で反射されて当該戻り光RLとなる送信光を二重線で示している。
戻り光RLが偏向ミラー211の投光偏向部20aの反射面に入射した場合を図6に示す。仮に低反射部215がない場合、戻り光RLは再び投光偏向部20aの反射面で反射され、破線で示すように、本来出射されるべき方向とは異なる方向に出射される光である迷光SLとなる。迷光SLは、物体で反射されると、出射された経路と同一の経路を逆方向に戻り、受光部30で受光される。これにより、実際には存在しないにもかかわらず検出される物体であるゴーストが発生する。投光部10から出力された送信光は投光偏向部20aの反射面の中央付近で反射されるが、戻り光RLは当該送信光よりも光学窓200側で反射される。
本実施形態では、投光偏向部20aの反射面における戻り光RLが反射される領域に低反射部215が形成されるため、戻り光RLの反射が抑制され、迷光SLの光量が低減される。なお、低反射部215は、送信光が反射される領域である投光偏向部20aの反射面の中央部よりも光学窓200側に形成されるため、送信光の反射への影響は少ない。
また、戻り光RLが偏向ミラー211の投光偏向部20aにおける光学窓200側の側面に入射した場合を図7に示す。仮に遮蔽部214aがない場合、戻り光RLは当該側面から偏向ミラー211の内部へと入り込み、破線で示すように、反射を繰り返しながら偏向ミラー211の内部を投光偏向部20aから受光偏向部20bへと通り抜ける。偏向ミラー211の内部を通過して受光偏向部20bにおける受光部30側の側面に到達した戻り光RLは、仮に遮蔽部214bがない場合、当該側面から偏向ミラー211外に出て、受光部30で受光される。これにより、ゴーストが発生する。
本実施形態では、戻り光RLが偏向ミラー211,212の内部へ入る際の入口となる投光偏向部20aの側面に遮蔽部214aが形成される。また、偏向ミラー211,212の内部を通過した戻り光RLの出口となる受光偏向部20bの側面に遮蔽部214bが形成される。これにより、偏向ミラー211,212の内部を通過して受光部30で受光される戻り光RLの光量が低減される。
[8.効果]
以上詳述した実施形態によれば、以下の効果が得られる。
(8a)ライダ装置1では、一対の偏向ミラー211,212のそれぞれは、投光偏向部20aにおける回転軸を挟む両側の側面のうち反射面が投光部10に向いている状態で光学窓200に近い方の側面に、光を透過しにくい部分である遮蔽部214aを備える。これにより、当該側面に入射した戻り光RLが、当該側面から偏向ミラー211,212の内部へと入り込むことを抑制できる。
また、ライダ装置1では、一対の偏向ミラー211,212のそれぞれは、受光偏向部20bにおける回転軸を挟む両側の側面のうち反射面が受光部30に向いている状態で光学窓200から遠い方の側面に、光を透過しにくい部分である遮蔽部214bを備える。これにより、偏向ミラー211,212の内部へ入り込んだ戻り光RLが、当該側面から偏向ミラー211,212の外に出て受光部30で受光されることを抑制できる。
このような構成によれば、偏向ミラー211,212の内部を通過して受光部30で受光される戻り光RLの光量が低減されるため、戻り光RLを原因とするゴーストの発生を低減できる。
(8b)ライダ装置1では、一対の偏向ミラー211,212のそれぞれは、反射面が投光部10に向いている状態で光学窓200側となる投光偏向部20aにおける反射面の端部に、光を反射しにくい部分である低反射部215を備える。このような構成によれば、戻り光RLが投光偏向部20aの反射面で反射されることを抑制でき、当該反射により生じる迷光SLの光量が低減されるため、戻り光RLを原因とするゴーストの発生を更に低減できる。
なお、投光部10から出力された送信光は投光偏向部20aの反射面の中央付近で反射され、戻り光RLは当該送信光よりも光学窓200側で反射される。低反射部215は、送信光が反射される領域である投光偏向部20aの反射面の中央部よりも光学窓200側に形成されるため、戻り光RLの反射を抑制しつつ、送信光の反射への影響は少ない。
(8c)ライダ装置1では、遮蔽部214a,214b及び低反射部215は、同一の黒色のインクを偏向ミラー211,212の表面に印刷することで形成され、遮蔽部214a及び低反射部215は連続的に形成される。このような構成によれば、遮蔽部214a,214b及び低反射部215の製造を容易に、効率よく行うことができる。
なお、本実施形態では、送信光が送信波に相当し、投光部10が送信部に相当し、反射光が反射波に相当し、受光部30が受信部に相当し、投光偏向部20aが送信偏向部に相当し、受光偏向部20bが受信偏向部に相当し、光学窓200が透過窓に相当し、黒色のインクが黒色の被膜に相当する。
[9.他の実施形態]
以上、本開示の実施形態について説明したが、本開示は、上記実施形態に限定されることなく、種々の形態を採り得ることは言うまでもない。
(9a)上記実施形態では、偏向ミラー211,212のそれぞれにおいて、遮蔽部214a及び遮蔽部214bの両方が形成される。しかし、遮蔽部214a及び遮蔽部214bのうち一方のみが形成されることとしてもよい。
(9b)上記実施形態では、遮蔽部214aは、偏向ミラー211,212のそれぞれにおいて、投光偏向部20aにおける回転軸を挟む両側の側面のうち反射面が投光部10に向いている状態で光学窓200に近い方の側面に形成されるが、これに限定されるものではない。例えば、遮蔽部214aは、投光偏向部20aにおける回転軸を挟む両側の側面に形成されてもよいし、投光偏向部20aにおける全ての側面に形成されてもよい。
(9c)上記実施形態では、遮蔽部214bは、偏向ミラー211,212のそれぞれにおいて、受光偏向部20bにおける回転軸を挟む両側の側面のうち反射面が受光部30に向いている状態で光学窓200から遠い方の側面に形成されるが、これに限定されるものではない。例えば、遮蔽部214bは、受光偏向部20bにおける回転軸を挟む両側の側面に形成されてもよいし、受光偏向部20bにおける全ての側面に形成されてもよい。
(9d)上記実施形態では、遮蔽部214a,214b及び低反射部215は同一の黒色のインクを印刷することで構成されるが、これに限定されるものではない。遮蔽部214a,214bが光を透過しにくい物質で構成され、低反射部215が光を反射しにくい物質で構成されれば、これらの物質は異なっていてもよい。
(9e)上記実施形態では、測距装置としてライダ装置1を例示したが、測距装置の種類はこれに限定されるものではない。例えば、測距装置は、ミリ波レーダ装置等であってもよい。
(9f)上記実施形態における1つの構成要素が有する機能を複数の構成要素として分散させたり、複数の構成要素が有する機能を1つの構成要素に統合したりしてもよい。また、上記実施形態の構成の一部を省略してもよい。また、上記実施形態の構成の少なくとも一部を、他の上記実施形態の構成に対して付加、置換等してもよい。
1…ライダ装置、10…投光部、20a…投光偏向部、20b…受光偏向部、21…ミラーモジュール、22,23…仕切板、24…モータ、30…受光部、100…筐体、200…光学窓、211,212…偏向ミラー、213…ミラー支持体、214a,214b…遮蔽部、215…低反射部。

Claims (3)

  1. 送信波を出力するように構成された送信部(10)と、
    前記送信波が照射された物体からの反射波を検出するように構成された受信部(30)と、
    反射面の回転角度に応じた方向に前記送信波及び前記反射波を偏向する一対の偏向ミラー(211,212)と、前記一対の偏向ミラーの間に挟まれて前記一対の偏向ミラーを支持するミラー支持体(213)と、を有し、モータ(24)の駆動に従って回転するように構成されたミラーモジュール(21)と、
    前記一対の偏向ミラーを前記送信部側に位置する部位である送信偏向部(20a)と前記受信部側に位置する部位である受信偏向部(20b)との2つの部位に仕切るように設置される板状の部材であって、前記ミラーモジュールと一体的に回転するように構成された仕切板(22,23)と、
    前記送信部、前記受信部、前記ミラーモジュール及び前記仕切板を収容する筐体(100)と、
    前記筐体の開口部に設けられ、前記送信波及び前記反射波を透過可能な透過窓(200)と、
    を備え、
    前記一対の偏向ミラーは、前記送信波及び前記反射波を透過する部材において、前記反射面に前記送信波及び前記反射波を反射する反射膜が形成された構成であり、
    前記一対の偏向ミラーのそれぞれは、前記送信偏向部における回転軸を挟む両側の側面のうち前記反射面が前記送信部に向いている状態で前記透過窓に近い方の側面、及び、前記受信偏向部における前記回転軸を挟む両側の側面のうち前記反射面が前記受信部に向いている状態で前記透過窓から遠い方の側面、のうち少なくとも一方に、前記送信波を透過しにくくなる遮蔽部(214a,214b)を備える、測距装置。
  2. 請求項1に記載の測距装置であって、
    前記一対の偏向ミラーのそれぞれは、前記反射面が前記送信部に向いている状態で前記透過窓側となる前記送信偏向部の前記反射面の端部に、前記送信波を反射しにくくなる低反射部(215)を更に備える、測距装置。
  3. 請求項2に記載の測距装置であって、
    前記遮蔽部及び前記低反射部は黒色の被膜である、測距装置。
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